JP5945954B2 - 充電装置及び充電方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、電気自動車またはハイブリッド自動車等に搭載されたバッテリーを外部から充電し、更に、前記バッテリーにより他車のバッテリーを充電可能とした充電装置と、この充電装置を使用した充電方法に関するものである。

いわゆるバッテリー上がりで自走不能になった電気自動車等（以下、救援対象車という）のバッテリーを、バッテリー残量が十分にある電気自動車やハイブリッド自動車等（以下、救援車という）により充電する充電装置として、図７に示す従来技術が知られている。
図７において、１０１は電気自動車等の救援車であり、第１のバッテリーＢＡＴ_１の両端には、リレー接点等のスイッチＲＹ_ａ、キャパシタ３、スイッチＲＹ_ｂが順次、直列に接続されている。また、スイッチＲＹ_ａの両端には、キャパシタ３の初期充電用の抵抗器１とスイッチＲＹ_ｃとの直列回路が接続されている。

キャパシタ３の両端には、ＩＧＢＴ等の自己消弧形半導体スイッチング素子（以下、単にスイッチング素子という）Ｔ_１１〜Ｔ_１６からなる三相インバータＩＮＶの直流端子が接続され、その交流端子には、車両駆動用のモータ（例えば永久磁石同期モータ）Ｍ_１の固定子巻線が接続されている。これらの固定子巻線の中性点は、スイッチＲＹ_１を介して充電コネクタ４の正側端子４ａに接続される。
また、充電コネクタ４の正側端子４ａとインバータＩＮＶの負側直流母線１３Ｎとの間にはスイッチＲＹ_４が接続され、負側直流母線１３Ｎとコネクタ４の負側端子４ｂとの間にはスイッチＲＹ_３が接続されていると共に、スイッチＲＹ_３の両端には、第２のバッテリーＢＡＴ_２とスイッチＲＹ_２との直列回路が接続されている。なお、１３ＰはインバータＩＮＶの正側直流母線である。

更に、救援車１０１には充電条件設定器１１及び制御装置１２が搭載され、制御装置１２は充電コネクタ４の制御端子４ｃに接続されている。
ここで、充電条件設定器１１は、充電対象となるバッテリー（救援対象車のバッテリー、あるいは、自車のバッテリーＢＡＴ_１，ＢＡＴ_２）を選択して充電電流等の充電条件を設定し、制御装置１２は、インバータＩＮＶによるモータＭ_１の駆動や充電動作を制御している。

上記構成において、第１のバッテリーＢＡＴ_１は、インバータＩＮＶを介してモータＭ_１を駆動するための主電源として用いられ、第２のバッテリーＢＡＴ_２は、モータＭ_１以外の各種車載電気機器を駆動するための補助電源として用いられる。
なお、充電コネクタ４には、図示されていない救援対象車が充電ケーブルを介して接続可能であり、この救援対象車も、例えば救援車１０１と同様に構成された充電装置を備えている。

さて、この充電装置では、以下の表１に示すように、スイッチＲＹ_１〜ＲＹ_４，ＲＹ_ａ，ＲＹ_ｂのオン、オフにより、三つの接続状態を実現している。

ここで、第一の接続状態は救援車１０１の走行時であり、スイッチＲＹ_ａ，ＲＹ_ｂをオンさせてインバータＩＮＶによりモータＭ_１を駆動する。また、第二の接続状態、第三の接続状態は、何れも救援対象車のバッテリーの充電時であり、第二の接続状態（モード１）ではバッテリーＢＡＴ_１，ＢＡＴ_２が直列に接続され、第三の接続状態（モード２）ではバッテリーＢＡＴ_２がスイッチＲＹ_３によりバイパスされる。これら第二、第三の接続状態は、充電電圧に応じて選択される。
救援対象車のバッテリーの充電時には、インバータＩＮＶの上アームの全スイッチング素子Ｔ_１１，Ｔ_１２，Ｔ_１３をオンさせて零相コンバータ（降圧コンバータ）を構成し、そのオンデューティを調整することにより、バッテリーＢＡＴ_１からモータＭ_１の中性点、正側端子４ａ、救援対象車のバッテリー、端子４ｂを含む経路で所定の充電電流を供給するものである。

図７のように、救援車のインバータを零相コンバータとして動作させ、モータの中性点を介して救援対象車のバッテリーを充電する車両間充電装置は、例えば特許文献１，２に開示されている。

特開２０１２−１９６１０５号公報（段落[００１６]〜[００２５]、図１等） 特許第４４１２２７０号公報（図１等）

さて、救援車１０１に搭載されたバッテリーＢＡＴ_１，ＢＡＴ_２を外部から充電する場合、二つのバッテリーの容量や充電状態が異なる条件下においては、各バッテリーを個別に充電する必要がある。また、この充電装置の運用面の観点から、専用の充電設備ではなく標準化された地上充電器を利用して短時間でバッテリーＢＡＴ_１，ＢＡＴ_２を充電できることが必要である。更に、充電及び放電を行うインタフェースは、部品点数削減の観点から共通にするのが望ましい。
このため、標準化された充電コネクタ４を利用してバッテリーＢＡＴ_１，ＢＡＴ_２を充電可能であることが求められており、各バッテリーＢＡＴ_１，ＢＡＴ_２をそれぞれ充電するには、表２に示す接続状態とする必要がある。

表２に示すごとく、何れの場合も、充電コネクタ４の正側端子４ａ，負側端子４ｂとバッテリーＢＡＴ_１またはＢＡＴ_２を含む充電電流経路が形成されるように、スイッチＲＹ_１〜ＲＹ_４，ＲＹ_ａ，ＲＹ_ｂのオン、オフ状態が決定される。
ここで、第２のバッテリーＢＡＴ_２を充電する際にはスイッチＲＹ_４をオンする必要があるが、このスイッチＲＹ_４は、表１から明らかなように救援対象車のバッテリーを充電する場合には常にオフされており、また、外部から第１のバッテリーＢＡＴ_１を充電する際にも不要な（オフされる）スイッチである。
すなわち、図７の充電装置では、第２のバッテリーＢＡＴ_２を充電するだけの用途でスイッチＲＹ_４が設けられており、このスイッチＲＹ_４が部品数の削減やコストの低減に妨げとなっていた。

そこで、本発明の解決課題は、従来よりも部品数を削減して回路構成を簡略化し、小型軽量化及びコストの低減を可能にした充電装置と、この充電装置を用いた充電方法とを提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に係る充電装置は、第１のバッテリーの直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、
前記インバータの交流端子に接続された車両駆動用のモータと、
前記モータの中性点と充電コネクタの正側端子との間に接続された第１のスイッチと、
前記インバータの負側直流母線と前記充電コネクタの負側端子との間に接続された第２のバッテリーと第２のスイッチとの直列回路と、
前記直列回路に並列に接続された第３のスイッチと、を備え、
前記充電コネクタの正側端子及び負側端子には、外部の充電器または外部の第３のバッテリーが接続されるものである。

請求項２に係る充電装置は、請求項１に記載した充電装置において、第１，第２または第３のバッテリーを充電するための充電条件を設定する手段と、前記充電条件に従った充電制御及び前記インバータによる前記モータの駆動制御を行う制御手段と、を備えたものである。

また、請求項３に係る充電方法は、請求項１または２に記載した充電装置を用いて第１のバッテリーを充電する充電方法において、前記外部の充電器または外部の第３のバッテリーから、前記充電コネクタの正側端子、第１のスイッチ、前記モータの中性点、前記インバータの上アームの全てのスイッチング素子の還流ダイオード、第１のバッテリー、第３のスイッチ、前記充電コネクタの負側端子に至る経路で、充電電流を通流させるものである。

請求項４に係る充電方法は、請求項１または２に記載した充電装置を用いて第２のバッテリーを充電する充電方法において、前記外部の充電器または外部の第３のバッテリーから、前記充電コネクタの正側端子、第１のスイッチ、前記モータの中性点、前記インバータの下アームのオン状態にある全てのスイッチング素子、第２のバッテリー、第２のスイッチ、前記充電コネクタの負側端子に至る経路で、充電電流を通流させるものである。

請求項５に係る充電方法は、請求項１または２に記載した充電装置を用いて、前記充電コネクタの正側端子及び負側端子に接続された外部の第３のバッテリーを充電する充電方法において、第１のバッテリーから、前記インバータの上アームのオン状態にある全てのスイッチング素子、前記モータの中性点、第１のスイッチ、前記充電コネクタの正側端子、第３のバッテリー、前記充電コネクタの負側端子、第３のスイッチに至る経路で、充電電流を通流させるものである。

請求項６に係る充電方法は、請求項１または２に記載した充電装置を用いて、前記充電コネクタの正側端子及び負側端子に接続された外部の第３のバッテリーを充電する充電方法において、第１のバッテリーから、前記インバータの上アームのオン状態にある全てのスイッチング素子、前記モータの中性点、第１のスイッチ、前記充電コネクタの正側端子、第３のバッテリー、前記充電コネクタの負側端子、第２のスイッチ、第２のバッテリーに至る経路で、充電電流を通流させるものである。

請求項７に係る充電方法は、請求項５または６に記載した充電方法において、前記インバータの上アームのオン状態にある全てのスイッチング素子のオンデューティを調整して充電電流を制御するものである。

本発明によれば、図７に示したような構成の充電装置に比べてスイッチの数が少なくて済むため、部品数の削減により充電装置の簡略化、小型軽量化、及び低コスト化を図ることができる。
また、同一の回路構成により、自車のバッテリーの充電と、当該バッテリーを用いた他車のバッテリーの充電とが可能であるから、有用性の高い充電装置を実現することができる。

本発明の実施形態を示す構成図である。 図１における制御装置を具体化した構成図である。 図２におけるインバータ制御装置の構成を示すブロック図である。 図２における充電制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態における第１のバッテリーの充電電流経路を示す図である。 本発明の実施形態における第２のバッテリーの充電電流経路を示す図である。 従来技術を示す構成図である。

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明の実施形態を示す構成図であり、図７と異なるのは、救援車１０１Ａに設けられた充電装置において、図７に示したスイッチＲＹ_４が除去されている点である。その他の構成は図７と同様であるため、説明を省略する。
なお、図１において、４１は図７の充電コネクタ４と同様の機能を有する標準化された充電コネクタであるが、便宜的に符号４１を付してある。このコネクタ４１は、後述する車両間充電用の充電プラグ６１のほか、地上充電器に接続される標準化された充電プラグにも適合する仕様となっている。

一方、１０２は救援対象車であり、標準化された充電コネクタ４２と、その正側端子４ａと負側端子４ｂとの間に順次、直列に接続されたスイッチＲＹ_１１、バッテリー（第３のバッテリー）ＢＡＴ_３、スイッチＲＹ_１２と、充電コネクタ４２の制御端子４ｃに接続された制御装置２２と、を備えている。ここで、バッテリーＢＡＴ_３は、例えば救援車１０１ＡのバッテリーＢＡＴ_１と同様に、救援対象車１０２のモータを駆動するインバータの主電源であるが、ここでは救援対象車１０２に搭載されたモータやインバータ等の図示を省略してある。
また、救援車１０１Ａの充電コネクタ４１と救援対象車４２の充電コネクタ４２とは、ケーブル５とその両端の標準化された充電プラグ６１，６２とによって接続可能である。

次に、図２は、図１における制御装置１２０を具体化した構成図である。
この制御装置１２０は、下位制御装置であるバッテリー管理装置１２２、インバータ制御装置１２３、充電制御装置１２４と、これらの各装置１２２〜１２４を統合的に制御する上位制御装置１２１とを備え、上位制御装置１２１には、救援車１０１ＡのバッテリーＢＡＴ_１，ＢＡＴ_２や救援対象車１０２のバッテリーＢＡＴ_３に対する充電電流等の充電条件を設定する充電条件設定器１１が接続されている。

充電条件設定器１１は、図示されていない地上充電器により救援車１０１Ａのバッテリーを充電するのか、または、救援対象車１０２のバッテリーを充電するのかを選択可能な入力手段を持つヒューマンインタフェース装置である。すなわち、救援車１０１Ａのバッテリーを充電する場合には、第１のバッテリーＢＡＴ_１か第２のバッテリーＢＡＴ_２かを選択し、救援対象車１０２のバッテリーＢＡＴ_２を充電する場合には充電量等を設定して、上位制御装置１２１に伝達する。
上位制御装置１２１は、車両の運転指令、充電開始指令、及び、充電条件設定器１１により設定された充電条件等を、下位の各装置１２２，１２３，１２４に伝達する。
なお、充電条件設定器１１及び制御装置１２０は、Ａ／Ｄ変換機能、メモリ機能、演算機能、通信機能を備えたマイクロコンピュータ、及び、入力機能、表示機能を備えた液晶タッチパネル等によって構成されている。

バッテリー管理装置１２２は、ＳＯＣ（充電状態または充電量）やＳＯＨ（劣化状態）等のバッテリー状態のモニタ手段や、救援車１０１ＡのバッテリーＢＡＴ_１，ＢＡＴ_２の充電電流決定手段を備え、上位制御装置１２１との間で通信信号ｃｏｍ_３により通信を行う。このバッテリー管理装置１２２には、電流検出器７_ｂ１，７_ｂ２から出力されるバッテリーＢＡＴ_１，ＢＡＴ_２の電流検出値ｉ_{ＢＡＴ１ｄｅｔ}，ｉ_{ＢＡＴ２ｄｅｔ}と、電圧検出器８ａ，８ｂから出力される電圧検出値Ｖ_{ＢＡＴ１ｄｅｔ}，Ｖ_{ＢＡＴ２ｄｅｔ}とが入力されている。

充電制御装置１２４は、充電コネクタ４１の制御端子４ｃを介して救援対象車１０２や地上充電器との間で通信信号ｃｏｍにより通信を行い、救援車１０１ＡのバッテリーＢＡＴ_１，ＢＡＴ_２または救援対象者１０２のバッテリーＢＡＴ_３の充電シーケンスや充電条件をやり取りするものである。この充電制御装置１２４には、電圧検出器８ｃから出力される電圧検出値Ｖ_{ｏｕｔｄｅｔ}が入力されていると共に、上位制御装置１２１との間で通信信号ｃｏｍ_１により通信可能となっている。

インバータ制御装置１２３には、磁極位置検出器１０から出力される磁極位置検出値θ_ｄｅｔと、電流検出器７_ｕ，７_ｖ，７_ｗから出力されるモータＭ_１の電流検出値ｉ_ｕｄｅｔ，ｉ_ｖｄｅｔ，ｉ_ｗｄｅｔが入力されており、インバータＩＮＶのスイッチング素子Ｔ_１１〜Ｔ_１６に対するゲート信号と、図示されていないが図１のスイッチＲＹ_１，ＲＹ_２，ＲＹ_３，ＲＹ_ａ，ＲＹ_ｂ，ＲＹ_ｃのオンオフ指令信号が生成される。このインバータ制御装置１２３は、上位制御装置１２１との間で通信信号ｃｏｍ_２により通信可能となっている。

図３は、インバータ制御装置１２３の構成を示すブロック図である。
インバータ制御装置１２３は、通信信号処理ブロック１２３ａ、モータ制御ブロック１２３ｂ、充電電流制御ブロック１２３ｃ、及び、スイッチング素子Ｔ_１１〜Ｔ_１６のゲート信号を生成するＰＭＷ生成器１２３ｊを備えている。

通信信号処理ブロック１２３ａは、上位制御装置１２１との間で通信信号ｃｏｍ_２を送受信し、スイッチＲＹ_１，ＲＹ_２，ＲＹ_３，ＲＹ_ａ，ＲＹ_ｂ，ＲＹ_ｃに対するオンオフ指令信号Ｓ_ＲＹ１，Ｓ_ＲＹ２，Ｓ_ＲＹ３，Ｓ_ＲＹａ，Ｓ_ＲＹｂ，Ｓ_ＲＹｃと、救援車１０１ＡのモータＭ_１のトルク指令値Ｔ^＊と、救援対象車１０２に対する充電電流指令値Ｉ_ｃ ^＊と、充電電流制御ブロック１２３ｃ内の電流調節器（ＡＣＲ）１２３ｄに対するホールド信号ｈｏｌｄ及び初期電圧指令値ｖ_ｚｉｎｉ ^＊と、を出力する。この通信信号処理ブロック１２３ａには、後述するスイッチＳＷ_１〜ＳＷ_４を制御するスイッチ制御部１２３ｋが接続されている。
充電電流制御ブロック１２３ｃは、充電電流指令値Ｉ_ｃ ^＊と、後述する加減算器９ｇから出力される充電電流検出値ｉ_ｚｄｅｔとの偏差を求める加減算器９ｆと、上記偏差がゼロになるように動作して出力電圧指令値ｖ_ｚ ^＊を出力するＡＣＲ１２３ｄと、を備えている。

モータ制御ブロック１２３ｂは、前記トルク指令値Ｔ^＊及び磁極位置検出値θ_ｄｅｔに基づいてｄ軸，ｑ軸電流指令値ｉ_ｄ ^＊，ｉ_ｑ ^＊を演算するベクトル演算器１２３ｅと、ｄ軸，ｑ軸電流指令値ｉ_ｄ ^＊，ｉ_ｑ ^＊とこれらの電流検出値ｉ_ｄ，ｉ_ｑとの偏差をそれぞれ求める加減算器９ａ，９ｂと、上記偏差がゼロになるように動作してｄ軸，ｑ軸電圧指令値ｖ_ｄ ^＊，ｖ_ｑ ^＊をそれぞれ演算するＡＣＲ１２３ｆ，１２３ｇと、ｄ軸，ｑ軸電圧指令値ｖ_ｄ ^＊，ｖ_ｑ ^＊を三相の電圧指令値ｖ_ｕ１ ^＊，ｖ_ｖ１ ^＊，ｖ_ｗ１ ^＊に変換するベクトル回転器１２３ｈと、前記スイッチ制御部１２３ｋにより制御されるスイッチＳＷ_１と、を備えている。

また、充電電流制御ブロック１２３ｃから出力される出力電圧指令値ｖ_ｚ ^＊がスイッチＳＷ_３の一端に入力され、ＰＷＭ搬送波の負側ピーク値「−１．０」がスイッチＳＷ_４の一端に入力されている。これらのスイッチＳＷ_３，ＳＷ_４は互いに相補関係にあり、両スイッチＳＷ_３，ＳＷ_４の接続点は、前記スイッチＳＷ_１と相補関係にあるスイッチＳＷ_２の一端に接続されている。
スイッチＳＷ_２の出力は、加減算器９ｃ，９ｄ，９ｅにおいてモータ制御ブロック１２３ｂの出力とそれぞれ加算され、電圧指令値ｖ_ｕ２ ^＊，ｖ_ｖ２ ^＊，ｖ_ｗ２ ^＊が生成される。これらの電圧指令値ｖ_ｕ２ ^＊，ｖ_ｖ２ ^＊，ｖ_ｗ２ ^＊はＰＷＭ生成器１２３ｊに入力され、スイッチング素子Ｔ_１１〜Ｔ_１６に対するゲート信号が生成される。
更に、モータＭ_１の電流検出値ｉ_ｕｄｅｔ，ｉ_ｖｄｅｔ，ｉ_ｗｄｅｔは加減算器９ｇにより加算され、充電電流検出値ｉ_ｚｄｅｔとして前記加減算器９ｆに入力されている。

上記構成において、救援車１０１Ａの通常走行状態ではモータ制御ブロック１２３ｂが動作し、通信信号処理ブロック１２３ａから送られたトルク指令Ｔ^＊に応じたトルクを発生するように、ベクトル演算器１２３ｅによりモータＭ_１の電流指令値ｉ_ｄ ^＊，ｉ_ｑ ^＊を演算し、ＡＣＲ１２３ｆ，１２３ｇ、ベクトル回転器１２３ｈ、ＰＷＭ生成器１２３ｊ等を介して生成したゲート信号によってスイッチング素子Ｔ_１１〜Ｔ_１６を駆動することにより、インバータＩＮＶからモータＭ_１に三相交流電圧を印加する。このとき、スイッチＳＷ_１はオン、スイッチＳＷ_２はオフであり、ＰＷＭ生成器１２３ｊの入力はベクトル回転器１２３ｈから出力される電圧指令値ｖ_ｕ１ ^＊，ｖ_ｖ１ ^＊，ｖ_ｗ１ ^＊であるため、通常の三相インバータによるモータ駆動が行われる。
上記モータ制御ブロック１２３ｂは、いわゆるベクトル制御を行うものであり、その具体的な制御方法は広く知られているため、ここでは説明を省略する。

次いで、図２における充電制御装置１２４の構成を図４に従って説明する。
図４に示すように、充電制御装置１２４は、通信信号処理ブロック１２４ａ，１２４ｃ、初期電圧検出ブロック１２４ｂ、及び充電シーケンス制御装置１２４ｄを備えている。
通信信号処理ブロック１２４ａは、充電コネクタ４１の制御端子４ｃを介して通信信号ｃｏｍを送受信可能であり、充電シーケンス制御装置１２４ｄとの間でも通信可能である。
初期電圧検出ブロック１２４ｂは、電圧検出値Ｖ_{ｏｕｔｄｅｔ}に基づいて通信信号処理ブロック１２４ｃに初期電圧検出値ｖ_ｚｉｎｉを出力する。通信信号処理ブロック１２４ｃと充電シーケンス制御装置１２４ｄとの間では、充電電流指令値Ｉ_ｃ ^＊、ホールド信号ｈｏｌｄ、及び充電量指令値ＳＯＣ^＊が入出力される。なお、通信信号処理ブロック１２４ｃは上位制御装置１２１との間で通信信号ｃｏｍ_１を送受信可能であり、かつ、充電シーケンス制御装置１２４ｄとの間で通信信号ｃｏｍ_４を送受信可能である。
上述した充電制御装置１２４の各機能は必要最低限のものであり、標準化された地上充電器の仕様に適合する機能を備えることが望ましい。

次に、この実施形態におけるバッテリーの充電動作を説明する。始めに、救援対象車１０２のバッテリーＢＡＴ_３や地上充電器を用いて、救援車１０１ＡのバッテリーＢＡＴ_１またはＢＡＴ_２を充電する場合を説明する。
まず、救援対象車１０２のバッテリーＢＡＴ_３や地上充電器に接続された充電プラグを救援車１０１Ａの充電コネクタ４１に差し込む。
そして、充電対象であるバッテリーを充電条件設定器１１により選択し、表３に従い各スイッチＲＹ_１，ＲＹ_２，ＲＹ_３，ＲＹ_ａ，ＲＹ_ｂ，ＲＹ_ｃのオンオフ状態を設定して図３の通信信号処理ブロック１２３ａからオンオフ指令信号Ｓ_ＲＹ１，Ｓ_ＲＹ２，Ｓ_ＲＹ３，Ｓ_ＲＹａ，Ｓ_ＲＹｂ，Ｓ_ＲＹｃを出力すると共に、スイッチング素子Ｔ_１１〜Ｔ_１６をオンまたはオフ状態とする。

次に、充電電流等の充電条件のデータを、充電コネクタ４１を介して外部の救援対象車１０２や地上充電器との間でやりとりする。この動作は、図４に示した充電制御装置１２４により行われる。
その後、上位制御装置１２１から通信信号処理ブロック１２４ｃに通信信号ｃｏｍ_１が送られ、更に通信信号ｃｏｍ_４により、充電シーケンス制御装置１２４ｄに対してバッテリーＢＡＴ_１またはＢＡＴ_２を充電する指令が送られることにより、充電シーケンスが開始される。ここで、充電開始及び終了手順は、標準化された地上充電シーケンス仕様によって行われるものとする。

例えば、第１のバッテリーＢＡＴ_１を充電する場合の動作を説明する。
充電条件設定器１１によりバッテリーＢＡＴ_１を指定し、上位制御装置１２１により、インバータ制御装置１２３に対して表３の上段のオンオフ状態が実現されるように通信信号ｃｏｍ_２を送る。同時に、バッテリー管理装置１２２により、バッテリーＢＡＴ_１の充電状態から所要の充電電流を求め、充電制御装置１２４により充電規格で定められた手順に従って充電を開始する。
このとき、救援車１０１Ａ内のスイッチＳＷ_１〜ＳＷ_４は図３に示す状態になっているが、スイッチング素子Ｔ_１１〜Ｔ_１６はすべてオフ状態であるため、インバータＩＮＶのスイッチングは行われない。

図５は、この時のバッテリーＢＡＴ_１の充電電流経路を示す回路図であり、充電電流は、充電コネクタ４１の正側端子４ａ、スイッチＲＹ_１、モータＭ_１の中性点、上アームのスイッチング素子Ｔ_１１，Ｔ_１２，Ｔ_１３の還流ダイオード、スイッチＲＹ_ａ、バッテリーＢＡＴ_１、スイッチＲＹ_ｂ、スイッチＲＹ_３、充電コネクタ４１の負側端子４ｂの経路で流れる。
なお、バッテリーＢＡＴ_１の充電量が所定値に達して充電が完了したことはバッテリー管理装置１２２によって検出可能であり、この充電完了信号は、上位制御装置１２１、充電制御装置１２４、充電コネクタ４１を介して外部に伝えればよい。

また、第２のバッテリーＢＡＴ_２を充電する場合には、充電条件設定器１１によりバッテリーＢＡＴ_２を指定し、上位制御装置１２１により、インバータ制御装置１２３に対して表３の下段のオンオフ状態が実現されるように通信信号ｃｏｍ_２を送る。
なお、下アームのスイッチング素子Ｔ_１４，Ｔ_１５，Ｔ_１６をすべてオンさせるゲート信号を生成するには、図３において相補関係にあるスイッチＳＷ_３，ＳＷ_４を切り替えてスイッチＳＷ_３をオフ、スイッチＳＷ_４をオンさせると共に、スイッチＳＷ_２をオン状態のままとし、インバータＩＮＶの電圧指令値ｖ_ｕ２ ^＊，ｖ_ｖ２ ^＊，ｖ_ｗ２ ^＊をＰＷＭ搬送波の負側ピーク値「−１．０」に固定すればよい。
同時に、バッテリー管理装置１２２により、バッテリーＢＡＴ_２の充電状態から所要の充電電流を求め、充電制御装置１２４により充電規格で定められた手順に従って充電を開始する。

図６は、この時のバッテリーＢＡＴ_２の充電電流経路を示す回路図であり、充電電流は、充電コネクタ４１の正側端子４ａ、スイッチＲＹ_１、モータＭ_１の中性点、下アームのオン状態のスイッチング素子Ｔ_１４，Ｔ_１５，Ｔ_１６、バッテリーＢＡＴ_２、スイッチＲＹ_２、充電コネクタ４１の負側端子４ｂの経路で流れる。
前記同様に、バッテリーＢＡＴ_２の充電完了信号は、上位制御装置１２１、充電制御装置１２４、充電コネクタ４１を介して外部に伝えればよい。

次に、救援車１０１Ａにより救援対象車１０２のバッテリー（図１におけるバッテリーＢＡＴ_３）を充電する場合の動作を説明する。
この場合には、図１に示したケーブル５及び充電プラグ６１，６２を用いて、救援車１０１Ａの充電コネクタ４１と救援対象車１０２の充電コネクタ４２とを接続する。これにより、制御装置１２０，２２が互いに接続されると共に、救援車１０１ＡのバッテリーＢＡＴ_１により、またはバッテリーＢＡＴ_１，ＢＡＴ_２により、救援対象車１０２のバッテリーＢＡＴ_３を充電する体制が整う。

次いで、救援対象車１０２の制御装置２２から所望の充電電流等の充電条件が救援車１０１Ａの制御装置１２０に伝送される。救援車１０１Ａでは、充電条件設定器１１により充電対象として救援対象車１０２のバッテリーＢＡＴ_３を選択し、上位制御装置１２１はバッテリーＢＡＴ_３を充電するモードであることを認識する。
同時に、バッテリーＢＡＴ_３を充電する電源として救援車１０１ＡのバッテリーＢＡＴ_１のみを用いるのか、または両方のバッテリーＢＡＴ_１，ＢＡＴ_２を用いるのかによって前述した表１と同様に各スイッチＲＹ_１，ＲＹ_２，ＲＹ_３，ＲＹ_ａ，ＲＹ_ｂ，ＲＹ_ｃのオンオフ状態が異なるため、上位制御装置１２１は、インバータ制御装置１２３を介して各スイッチＲＹ_１，ＲＹ_２，ＲＹ_３，ＲＹ_ａ，ＲＹ_ｂ，ＲＹ_ｃを所定のオンオフ状態に制御する。

バッテリーＢＡＴ_３を充電する場合には、図３におけるスイッチＳＷ_２をオンして相補関係にあるスイッチＳＷ_１をオフし、かつ、スイッチＳＷ_３をオンして相補関係にあるスイッチＳＷ_４をオフすることにより、ＰＷＭ生成器１２３ｊに入力される電圧指令値ｖ_ｕ２ ^＊，ｖ_ｖ２ ^＊，ｖ_ｗ２ ^＊を充電電流制御ブロック１２３ｃ内のＡＣＲ１２３ｄの出力とする。
このとき、図３の充電電流制御ブロック１２３ｃに入力される充電電流指令値Ｉ_ｃ ^＊は、救援対象車１０２の制御装置２２から充電コネクタ４２、救援車１０１Ａの充電コネクタ４１、充電制御装置１２４、上位制御装置１２１を経て、通信信号ｃｏｍ_２としてインバータ制御装置１２３内の通信信号処理ブロック１２３ａに伝送された指令値であり、バッテリーＢＡＴ_３の許容充電電流に相当する。

この場合の充電制御装置１２４の動作を詳述すると、上位制御装置１２１からの通信信号ｃｏｍ_１に基づき、図４の通信信号処理ブロック１２３ｃから充電シーケンス制御装置１２４ｄにバッテリーＢＡＴ_３の充電指令が通信信号ｃｏｍ_４として伝送されることにより、充電シーケンスが開始される。
充電制御装置１２４では、充電量指令値ＳＯＣ^＊、救援対象車１０２との間の通信信号ｃｏｍ、救援対象車１０２のバッテリーＢＡＴ_３の電圧検出値Ｖ_{ｏｕｔｄｅｔ}に基づき、充電電流指令値Ｉ_ｃ ^＊及び初期電圧指令値ｖ_ｚｉｎｉ ^＊を、上位制御装置１２１を経由してインバータ制御装置１２３ｂの通信信号処理ブロック１２３ａに通信信号ｃｏｍ_２により伝送する。そして、充電開始のタイミングで図３の通信信号処理ブロック１２３ａからのホールド信号ｈｏｌｄを解除し、救援車１０１Ａから救援対象車１０２のバッテリーＢＡＴ_３へ充電電流を通流する指令をインバータ制御装置１２３に与える。

なお、救援車１０１ＡのインバータＩＮＶを駆動して救援対象車１０２のバッテリーＢＡＴ_３を充電する際には、前述したように、各スイッチＲＹ_１，ＲＹ_２，ＲＹ_３，ＲＹ_ａ，ＲＹ_ｂ，ＲＹ_ｃのオンオフ状態を表１における第二または第三の接続状態としたうえで、インバータＩＮＶの上アームの全スイッチング素子Ｔ_１１，Ｔ_１２，Ｔ_１３をオンさせるオンデューティを調整すれば良く、例えば特許文献１や特許第３２２３８７４号公報等に詳しく説明されているため、ここでは詳述を省略する。

本発明は、外部の地上充電器や他車のバッテリーを用いて自車のバッテリーを充電する場合や、自車のバッテリーから他車のバッテリーを充電する場合に利用することができる。

１：抵抗器
３：キャパシタ
４ａ：正側端子
４ｂ：負側端子
４ｃ：制御端子
５：ケーブル
７_ｂ１，７_ｂ２，７_ｕ，７_ｖ，７_ｗ：電流検出器
８ａ，８ｂ，８ｃ：電圧検出器
９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅ，９ｆ，９ｇ：加減算器
１０：磁極位置検出器
１１：充電条件設定器
１３Ｐ：正側直流母線
１３Ｎ：負側直流母線
２２，１２０：制御装置
４１，４２：充電コネクタ
６１，６２：充電プラグ
１０１Ａ：救援車
１０２：救援対象車
１２１：上位制御装置
１２２：バッテリー管理装置
１２３：インバータ制御装置
１２３ａ：通信信号処理ブロック
１２３ｂ：モータ制御ブロック
１２３ｃ：充電電流制御ブロック
１２３ｄ，１２３ｆ，１２３ｇ：ＡＣＲ
１２３ｅ：ベクトル演算器
１２３ｈ，１２３ｉ：ベクトル回転器
１２３ｊ：ＰＷＭ生成器
１２３ｋ：スイッチ制御部
１２４：充電制御装置
１２４ａ，１２４ｃ：通信信号処理ブロック
１２４ｂ：初期電圧検出ブロック
１２４ｄ：充電シーケンス制御装置
ＩＮＶ：インバータ
Ｍ_１：モータ
ＢＡＴ_１：救援車の第１のバッテリー
ＢＡＴ_２：救援車の第２のバッテリー
ＢＡＴ_３：救援対象車のバッテリー（第３のバッテリー）
Ｔ_１１〜Ｔ_１６：自己消弧型半導体スイッチング素子
ＲＹ_１，ＲＹ_２，ＲＹ_３，ＲＹ_１１，ＲＹ_１２，ＲＹ_ａ，ＲＹ_ｂ，ＲＹ_ｃ：スイッチ
ＳＷ_１〜ＳＷ_４：スイッチ

Claims (7)

1. 第１のバッテリーの直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、
   前記インバータの交流端子に接続された車両駆動用のモータと、
   前記モータの中性点と充電コネクタの正側端子との間に接続された第１のスイッチと、
   前記インバータの負側直流母線と前記充電コネクタの負側端子との間に接続された第２のバッテリーと第２のスイッチとの直列回路と、
   前記直列回路に並列に接続された第３のスイッチと、
   を備え、
   前記充電コネクタの正側端子及び負側端子には、外部の充電器または外部の第３のバッテリーが接続されることを特徴とする充電装置。
2. 請求項１に記載した充電装置において、
   第１，第２または第３のバッテリーを充電するための充電条件を設定する手段と、前記充電条件に従った充電制御及び前記インバータによる前記モータの駆動制御を行う制御手段と、を備えたことを特徴とする充電装置。
3. 請求項１または２に記載した充電装置を用いて第１のバッテリーを充電する充電方法において、
   前記外部の充電器または外部の第３のバッテリーから、前記充電コネクタの正側端子、第１のスイッチ、前記モータの中性点、前記インバータの上アームの全てのスイッチング素子の還流ダイオード、第１のバッテリー、第３のスイッチ、前記充電コネクタの負側端子に至る経路で、充電電流を通流させることを特徴とする充電方法。
4. 請求項１または２に記載した充電装置を用いて第２のバッテリーを充電する充電方法において、
   前記外部の充電器または外部の第３のバッテリーから、前記充電コネクタの正側端子、第１のスイッチ、前記モータの中性点、前記インバータの下アームのオン状態にある全てのスイッチング素子、第２のバッテリー、第２のスイッチ、前記充電コネクタの負側端子に至る経路で、充電電流を通流させることを特徴とする充電方法。
5. 請求項１または２に記載した充電装置を用いて、前記充電コネクタの正側端子及び負側端子に接続された外部の第３のバッテリーを充電する充電方法において、
   第１のバッテリーから、前記インバータの上アームのオン状態にある全てのスイッチング素子、前記モータの中性点、第１のスイッチ、前記充電コネクタの正側端子、第３のバッテリー、前記充電コネクタの負側端子、第３のスイッチに至る経路で、充電電流を通流させることを特徴とする充電方法。
6. 請求項１または２に記載した充電装置を用いて、前記充電コネクタの正側端子及び負側端子に接続された外部の第３のバッテリーを充電する充電方法において、
   第１のバッテリーから、前記インバータの上アームのオン状態にある全てのスイッチング素子、前記モータの中性点、第１のスイッチ、前記充電コネクタの正側端子、第３のバッテリー、前記充電コネクタの負側端子、第２のスイッチ、第２のバッテリーに至る経路で、充電電流を通流させることを特徴とする充電方法。
7. 請求項５または６に記載した充電方法において、
   前記インバータの上アームのオン状態にある全てのスイッチング素子のオンデューティを調整して充電電流を制御することを特徴とする充電方法。

Images